(57)【要約】      （修正有）【課題】上昇流を最大限利用して洗浄効果を高め、散気装置からの空気量を抑制することができる固液分離装置およびその運転方法を提供する。【解決手段】ケーシング２２の内部に、上端の開口２５ａ、２６ａおよび下端の開口２５ｂ、２６ｂを開放した複数のチャンバー２５、２６と、各チャンバーの上端の各開口を連通して複数のチャンバーを連環させる上部循環路２７、および下端の各開口を連通して複数のチャンバーを連環させる下部循環路２８とを形成し、上部循環路２７と下部循環路２８を連通してケーシング２２の外部に外部循環路２０を設け、各チャンバーのそれぞれに複数の膜カートリッジ２９を充填し、各チャンバーの膜カートリッジの下方に散気管３１、３２を配置し、各散気管に備えた電動弁３６、３７により、一方の散気管３１にのみ空気を供給する循環流・濾過工程と、双方の散気管３１、３２へ空気を供給する全散気工程とを間欠的に行う。【選択図】          図１
2005349285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液を貯留する膜分離槽の内部に上昇流路および下降流路を形成する複数のチャンバーを設け、各チャンバー内に膜濾過手段を配置し、各チャンバーの上端の開口を連通して上部循環路を形成し、各チャンバーの下端の開口を連通して下部循環路を形成し、上部循環路と下部循環路とを連通して下降流路を形成する外部循環路を設け、上昇流路をなすチャンバーの膜濾過手段の下方位置に散気手段を配置し、流路断面において下降流路を上昇流路より広く形成したことを特徴とする固液分離装置。
【請求項２】
各チャンバーに配置した膜濾過手段毎に駆動圧を調整する駆動圧調整手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の固液分離装置。
【請求項３】
被処理液を貯留する膜分離槽の内部に上昇流路および下降流路を形成する複数のチャンバーを設け、各チャンバー内に膜濾過手段を配置し、各チャンバーの上端の開口を連通して上部循環路を形成し、各チャンバーの下端の開口を連通して下部循環路を形成し、上部循環路と下部循環路とを連通して下降流路を形成する外部循環路を設け、各チャンバーの膜濾過手段の下方位置に散気手段を配置し、流路断面において下降流路を上昇流路より広く形成し、各チャンバーに配置した膜濾過手段毎に駆動圧を調整する駆動圧調整手段を設けた固液分離装置において、循環流・濾過工程を行い、間欠的に全散気工程を行うものであって、
循環流・濾過工程では、上昇流路のチャンバーの散気手段による散気によって上昇流を生じさせ、この上昇流を駆動力として、上昇流路のチャンバー、上部循環路、下降流路のチャンバーおよび外部循環流路、下部循環流路を通る被処理液の循環流を形成し、各チャンバーにおいて上昇流もしくは下降流の流速に応じて膜濾過手段の駆動圧を調整しつつ、膜濾過手段によって被処理液を濾過し、
全散気工程では、全てのチャンバーにおいて各散気手段から散気して上昇流を生じさせることを特徴とする固液分離装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固液分離装置および運転方法に関し、下水、産業排水、生活排水等の水処理技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の水処理、例えば膜分離活性汚泥処理（ＭＢＲ）においては、下水、産業排水、生活排水等を活性汚泥処理する反応槽内に浸漬型膜分離装置を浸漬している。この浸漬型膜分離装置には、例えば図９〜図１１に示すものがある。この構成では、反応槽１に浸漬する浸漬型膜分離装置２が本体ケーシング３の内部に複数枚の有機平膜型の膜カートリッジ４を所定間隔で平行に配列して充填したものである。各膜カートリッジ４は樹脂製の濾板４ａの表裏の両面に有機平膜からなる濾過膜４ｂを有するものであり、膜面を上下方向に沿わせて配置している。
【０００３】
本体ケーシング３の下端開口付近には膜カートリッジ４の下方に位置して散気装置５を配置しており、散気装置５より噴出する膜面洗浄気体の全量が本体ケーシング３に流入する。
【０００４】
上記した浸漬型膜分離装置２では、平行に配列した膜カートリッジ４の相互間に槽内混合液が流れる流路を形成し、散気装置５より噴出する空気のエアリフト作用により固気液混相の上昇流６を生じさせ、この上昇流６によって槽内混合液を膜カートリッジ４の相互間の流路に供給する。
【０００５】
膜カートリッジ４には吸引ポンプ７によって吸引圧を与えており、槽内混合液が膜カートリッジ４の膜面に沿ってクロスフローで流れる間に、濾過膜４ｂに作用する膜間差圧を駆動圧として濾過膜４ｂで槽内混合液を濾過し、濾過膜４ｂを透過した濾過液７を処理水として取り出している。
【０００６】
一般に、濾過膜４ｂを使用する固液分離では濾過によって分離した固形分やバイオフィルム（微生物がコロニー（集落）上に凝集して増殖し、それらが産出する粘液性物質）が膜面に付着する。このため、付着物による膜面の汚れの進行を抑制（制御）する手段が必要であり、従来では膜面に沿って水の流れを形成し、水流によって膜面に洗浄作用を与えている。しかし、コロイドサイズ以上のものを分離する場合には、十分な洗浄作用を膜面に及ぼす水流を形成するために必要なエネルギーが、濾過に必要なエネルギーより多くなる場合がある。
【０００７】
上述した構成では、図１０に示すように、槽内混合液をクロスフローで供給することにより、膜カートリッジ４の膜面に固形分８が膜間差圧で押し付けられて付着することを抑制し、コロイド状の物質が強く膜面に押し付けられて濾過膜４ｂの微細孔を閉塞する可能性（時間的確率）をできる限り軽減しつつ、固気液混相の上昇流６で膜面の付着物を洗い流して洗浄している。この固気液混相の上昇流６による洗浄作用を微小時間で見ると固液相と気相とが交互に膜面に作用して膜面上に乱流を形成しており、この乱流が洗浄作用に大きな効果を与えている。
【０００８】
ところで、膜面上に供給する水流を供給する別法としてはポンプを利用するものがある。しかし、ポンプを利用して乱流を形成するためには複雑な機構を要し、またポンプの消費エネルギーは過大で実用的ではない。このため、実際には散気装置５を使用して気泡流を発生させ、気泡流によって固気液混相の上昇流６を形成することが一般的である。また、散気装置５を利用する場合にあって、乱流状態を制御するためにブロワ（図示省略）の散気量をモータの周波数制御等によって調整することも可能であるが、複雑な制御装置が必要なことやコストの点において問題がある。
【特許文献１】特開平７−１８５２７１号公報
【特許文献２】特開２００３−３０５３１３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記した反応槽１に浸漬型膜分離装置２を浸漬する構成において、濾過膜カートリッジ４の膜面に十分な洗浄作用を与える固気液混相の上昇流６を発生させるためには、散気装置５から多くの空気を散気する必要がある。
【００１０】
また、反応槽１において浸漬型膜分離装置２のケーシング３の内部を上昇流６で流れる槽内混合液は、ケーシング３の上端開口から反応槽１の上部領域に流れ出た後に、ケーシング３の外部を下降流９となって流れ、ケーシング３へ下端開口から循環する。この下降流９は膜面の洗浄に何ら寄与していない。
【００１１】
また、ケーシング３の内部に形成する上向流路およびケーシング３の外部に形成する下向流路において上昇流６および下降流９の流れを阻害する要因が存在する場合には、上昇流６および下降流９が有するエネルギーが膜面洗浄に寄与しないで無駄に消費されてエネルギー損失が大きくなり、結果として散気装置５から散気する空気量を増加させる要因となる。
【００１２】
また、浸漬型膜分離装置２では上昇流６による膜面洗浄を行っても経時的に膜カートリッジ４の膜面に固形分８が層状にケーキ層として付着することが避けられず、ケーキ層が上昇流６の流れの障害となる。このため、ケーキ層によって膜カートリッジ４の相互間の流路が閉塞する事態を防ぐために、特に槽内混合液の固形物濃度が高い場合には、隣接する膜カートリッジ４の間の間隙を大きくして対向する濾過膜４ｂの膜面間に余裕のある空間を形成することが必要であった。
【００１３】
しかし、膜カートリッジ４の間の間隙を大きくするにはケーシング３における膜カートリッジ４の充填密度を下げる必要がある。反応槽１の槽容量は流入する汚水に対する処理能力に応じて決まっており、できるだけ小型であることが望まれる。このため、反応槽１を拡張することなくケーシング３を大きくすると、下向流路が狭くなって下降流９の流れを阻害することになる。また、膜カートリッジ４の濾板４ａは所定の強度を確保するための板厚を必要としており、薄肉化は困難である。
【００１４】
したがって、対向する濾過膜４ｂの膜面間に余裕のある空間を形成するためには、ケーシング３に充填する膜カートリッジ４の数量を削減して、膜カートリッジ４の充填密度を下げる必要がある。
【００１５】
しかし、膜カートリッジ４の数量の削減は濾過膜４ｂの総面積の減少となり、散気装置５から散気する単位時間当たりの空気量に対して濾過膜４ｂの単位面積当たりの空気量が洗浄に必要な量より過大となる。
【００１６】
ところで、図１１に示すように、膜分離装置の濾過膜として中空糸膜１０を使用して膜の充填密度を高めることは可能である。しかし、中空糸膜１０は上昇流に対して十分な剛性を有しないので、上昇流が持つエネルギーが中空糸膜の運動エネルギーとして奪われ、上昇流６の中で中空糸膜１０が揺れることで、上昇流６が膜面に沿って流れることで及ぼす洗浄作用が薄れるとともに、固気液混相の乱流による洗浄効果も低下する。
【００１７】
また、特許文献１には、処理槽の液中に複数の膜ユニットを浸漬し、膜ユニット間に仕切板を配置し、個々の膜ユニットの下方に個々に散気装置を設け、散気装置を交互に作動可能にした構成が開示されている。
【００１８】
この構成においては、散気装置が交互に作動して、作動している散気装置の上の膜ユニットの膜間に気泡による上向流が生じ、気泡と上向水流とにより膜面に付着した非濾過物質を剥離する。作動を中止している散気装置の上の膜ユニットの膜間には下向流が生じ、この下向水流が膜面に付着した非濾過物質を剥離する。
【００１９】
特許文献２には、ろ過分離槽内の複数のろ過モジュール間に仕切り壁を設置し、各ろ過モジュール下部にそれぞれの散気管を有し、ろ過及び洗浄時に、仕切り壁を介して隣合った散気管中の一方のみの通気を交互に行うことが開示されている。
【００２０】
この構成においては、いずれかの散気管に対して通気すれば、通気側ろ過モジュール流路における気液混合汚泥の流れが上向流となり、反対側ろ過モジュール流路の流れは下向流となる。
【００２１】
しかし、特許文献１および２に記載する構成において、下向流は上向流が生起することで付随的に発生するものであり、上向流が流れる流路と下向流が流れる流路とは同じ流路抵抗および流路断面積を有している。このため、下向流が流れ難いと結果として上向流が流れ難くなり、十分な洗浄効果を得ることができない。
【００２２】
本発明は上記した課題を解決するものであり、上昇流を洗浄作用に最大限利用することができるとともに、洗浄効果を高めることができ、さらに散気装置から散気する空気量を抑制することができる固液分離装置およびその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記した課題を解決するために、請求項１に記載する本発明の固液分離装置は、被処理液を貯留する膜分離槽の内部に上昇流路および下降流路を形成する複数のチャンバーを設け、各チャンバー内に膜濾過手段を配置し、各チャンバーの上端の開口を連通して上部循環路を形成し、各チャンバーの下端の開口を連通して下部循環路を形成し、上部循環路と下部循環路とを連通して下降流路を形成する外部循環路を設け、上昇流路をなすチャンバーの膜濾過手段の下方位置に散気手段を配置し、流路断面において下降流路を上昇流路より広く形成したものである。
【００２４】
上記した構成により、上昇流路のチャンバーにおいて散気管へ空気供給手段から空気を供給し、散気管から噴出する空気によってチャンバー内に上昇流を生起させ、この上昇流によって被処理液を気泡とともに固気液混相でチャンバー内の膜濾過手段にクロスフローで供給し、気泡による乱流作用によって膜濾過手段の膜面に強い洗浄効果を与えながら被処理液を濾過する。膜濾過手段を通過した被処理液はチャンバーから上端の開口を通して上部循環路へ流出し、新たに被処理液が下部循環路から下端の開口を通してチャンバーへ流入する。
【００２５】
この上昇流路のチャンバーにおいて生じる上昇流を駆動力として循環流が生じ、循環流は下降流路のチャンバーおよび外部循環路を下降流となって流れる。このとき、上昇流が流れる流路断面に比して下降流が流れる流路断面の面積が広くなることで下降流が円滑に流れ、上昇流路のチャンバーにおける上昇流の流れが促進される。このため、上昇流と下降流が同じ流路断面積の流路を流れる場合に比して同じ曝気空気量において上昇流の流速が大きくなり、上昇流路のチャンバーにおける洗浄効果が高まり、一定期間に膜濾過手段を透過する膜ろ液が多くなる。
【００２６】
また、下降流路のチャンバーでは、上部循環路から上端の開口を通して流入する被処理液が下降流となって膜濾過手段をクロスフローで通過し、膜濾過手段の膜面に水流による洗浄効果を与えながら被処理液を濾過する。膜濾過手段を通過した被処理液はチャンバーから下端の開口を通して下部循環路へ流出する。
【００２７】
したがって、上昇流路のチャンバーにおいて膜濾過手段の膜面に強い洗浄作用を与える上昇流を発生させ、その反作用的に生じる下降流で下降流路のチャンバーにおいて膜濾過手段の膜面に洗浄作用を与え、かつ下降流の円滑な流れによって上昇流の流速が大きくなることで、膜濾過手段の膜面洗浄に要する空気総量を抑制することができる。
【００２８】
請求項２に記載する本発明の固液分離装置は、各チャンバーに配置した膜濾過手段毎に駆動圧を調整する駆動圧調整手段を設けたものである。
上記した構成において、駆動圧調整手段は吸引ポンプを各チャンバー毎に設けるか、もしくは１台の吸引ポンプをそれぞれバルブを介して各チャンバー毎に接続することにより実現でき、上昇流路のチャンバーにおけるフラックスと下降流路のチャンバーにおけるフラックスとをそれぞれに独立して制御することで、上昇流路のチャンバーでは上昇流による洗浄作用に応じたフラックスとなし、下降流路のチャンバーでは下降流による洗浄作用に応じたフラックスとなす。
【００２９】
請求項３に記載する本発明の固液分離装置の運転方法は、被処理液を貯留する膜分離槽の内部に上昇流路および下降流路を形成する複数のチャンバーを設け、各チャンバー内に膜濾過手段を配置し、各チャンバーの上端の開口を連通して上部循環路を形成し、各チャンバーの下端の開口を連通して下部循環路を形成し、上部循環路と下部循環路とを連通して下降流路を形成する外部循環路を設け、各チャンバーの膜濾過手段の下方位置に散気手段を配置し、流路断面において下降流路を上昇流路より広く形成し、各チャンバーに配置した膜濾過手段毎に駆動圧を調整する駆動圧調整手段を設けた固液分離装置において、循環流・濾過工程を行い、間欠的に全散気工程を行うものであって、
循環流・濾過工程では、上昇流路のチャンバーの散気手段による散気によって上昇流を生じさせ、この上昇流を駆動力として、上昇流路のチャンバー、上部循環路、下降流路のチャンバーおよび外部循環流路、下部循環流路を通る被処理液の循環流を形成し、各チャンバーにおいて上昇流もしくは下降流の流速に応じて膜濾過手段の駆動圧を調整しつつ、膜濾過手段によって被処理液を濾過し、
全散気工程では、全てのチャンバーにおいて各散気手段から散気して上昇流を生じさせるものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、上昇流路のチャンバーにおいて強い洗浄作用を与える上昇流を発生させ、その反作用的に生じる下降流で下降流路のチャンバーにおいて洗浄作用を与え、かつ下降流の円滑な流れによって上昇流の流速が大きくなることで、膜濾過手段の膜面洗浄に要する空気総量を抑制することができる。また、散気・濾過操作と全散気工程とを切り替えることにより、膜面上を流れる水流の反転および洗浄作用の強弱の変化によって、弱い洗浄作用の下降流のもとで膜面に付着する固形分を強い洗浄作用の上昇流で効率良く除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、固液分離装置２１は膜分離槽をなすケーシング２２を有しており、ケーシング２２は被処理液供給系２３から流入する被処理液２３ａとしての下水、産業排水、生活排水等を貯留する。
【００３２】
ケーシング２２の内部には仕切板２４を配置して仕切板２４の両側にチャンバー２５、２６を形成しており、各チャンバー２５、２６は上端の開口２５ａ、２６ａおよび下端の開口２５ｂ、２６ｂをケーシング２２の内部の所定水深下に開放している。
【００３３】
仕切板２４は上端が越流堰２４ａをなし、下端が潜流堰２４ｂをなしており、越流堰２４ａおよび潜流堰２４ｂは抵抗の少ない曲面をなして円滑な流れを形成する。越流堰２４ａの上方域は各チャンバー２５、２６の上端の開口２５ａ、２６ａを連環させる上部循環路２７をなし、潜流堰２４ｂの下方域は各チャンバー２５、２６の下端の開口２５ｂ、２６ｂを連環させる下部循環路２８をなしている。ケーシング２２の側部には外部循環路２０を設けており、外部循環路２０は上端側がケーシング２２の越流口をなすケーシング開口２２ａを介して上部循環路２７に連通し、下端側がケーシング２２の下端開口２２ｂを介して下部循環路２８に連通している。
【００３４】
各チャンバー２５、２６の内部には膜濾過手段として複数の有機平膜型の膜カートリッジ２９を所定間隔で平行に配列して充填しており、カートリッジ２９は樹脂製の濾板の表裏の両面に有機平膜からなる膜濾過膜を有し、膜面を上下方向に沿わせて配置している。各膜カートリッジ２９は吸引ポンプ３０に連通し、吸引ポンプ３０で与える吸引圧を駆動圧として濾過作用を行う。吸引ポンプ３０は各チャンバー２５、２６毎に設けることも可能であり、１台の吸引ポンプ３０をそれぞれバルブを介して各チャンバー２５、２６毎の膜カートリッジ２９に接続することも可能であり、膜濾過手段に中空糸膜を使用することも可能である。
【００３５】
各チャンバー２５、２６に充填した膜カートリッジ２９の下方位置には散気管３１、３２を配置している。各散気管３１、３２は各散気管３１、３２へ空気を供給する空気供給手段に接続しており、空気供給手段は、ブロア３３と、各散気管３１、３２のそれぞれに連通する空気供給系３４、３５と、各空気供給系３４、３５に介装した電動弁３６、３７を備えており、コントローラ３８によって各電動弁３６、３７を開閉制御し、吸引ポンプ３０の起動・停止を制御する。
【００３６】
コントローラ３８に変えて各電動弁３６、３７をタイマー等で制御することも可能である。また、各散気管３１、３２にそれぞれブロア３３を別途に設け、ブロア３３の起動・停止をコントローラ３８で制御することも可能である。さらに、コントローラ３８による自動制御に代えて手動操作することも可能である。
【００３７】
ケーシング２２の内部には双方のチャンバー２５、２６を隔てた両側位置にガイド手段をなすハンチ３９を設けており、各ハンチ３９は各チャンバー２５、２６の上端の開口２５ａ、２６ａおよび下端の開口２５ｂ、２６ｂに臨んで位置し、被処理液２３ａの流れをチャンバー２５、２６の流路方向と上部循環路２７および下部循環路２８の流路方向とにわたって転向させるガイド面（傾斜面）３９ａを有している。
【００３８】
以下、上記した構成における作用を説明する。循環流・濾過工程では、吸引ポンプ３０を駆動しつつ、一方の電動弁３６を開栓してブロア３３から供給する空気を一方の空気供給系３４を通して一方の散気管３１に供給し、散気管３１から空気が噴出す状態で一方のチャンバー２５において散気・濾過操作を行う。
【００３９】
この間に、他方の電動弁３７は閉栓した状態にあり、ブロア３３から供給する空気は他方の散気管３２には供給されず、散気管３２から空気が噴出しない状態で他のチャンバー２６において非散気・濾過操作を行う。
【００４０】
散気・濾過操作を行うチャンバー２５では、散気管３１から噴出する空気がチャンバー２５の内部に上昇流４０を生起させ、この上昇流４０が被処理液２３ａを気泡とともに固気液混相でチャンバー２５に充填した膜カートリッジ２９の相互間にクロスフローで供給し、気泡による乱流作用によって膜カートリッジ２９の膜面に強い洗浄効果を与えながら、吸引ポンプ３０の吸引圧を駆動圧として膜カートリッジ２９が被処理液を濾過する。
【００４１】
膜カートリッジ２９の相互間の流路を通過した被処理液２３ａはチャンバー２５から上端の開口２５ａを通して上部循環路２７へ流出し、新たに被処理液２３ａが下部循環路２８から下端の開口２５ｂを通してチャンバー２５へ流入する。
【００４２】
この散気・濾過操作を行うチャンバー２５において生じる上昇流４０を駆動力として膜分離槽内に循環流４１が生じる。この循環流４１は非散気・濾過操作を行う他のチャンバー２６および外部循環路２０を下降流４２となって流れる。
【００４３】
よって、上昇流４０が流れるチャンバー２５における流量に比して下降流４２が流れるチャンバー２６における流量が少なくなり、下降流４２の流速および抵抗が小さくなって下降流が円滑に流れ、散気・濾過操作を行うチャンバー２５における上昇流４０の流れが促進される。
【００４４】
このため、上昇流４０と下降流４２が同じ流路断面積の流路を流れる場合に比して同じ曝気空気量において上昇流４０の流速が大きくなり、散気・濾過操作を行うチャンバー２５における洗浄効果が高まり、一定期間に膜カートリッジ２９を透過する膜ろ液が多くなる。
【００４５】
非散気・濾過操作を行うチャンバー２６では、散気管３２への空気供給を停止する状態で、上部循環路２７から上端の開口２６ａを通して流入する被処理液２３ａが下降流４２となってチャンバー２６に充填した膜カートリッジ２９の相互間をクロスフローで通過して、膜カートリッジ２９の膜面に被処理液２３ａの水流による洗浄効果を与えながら、吸引ポンプ３０の吸引圧を駆動圧として膜カートリッジ２９が被処理液を濾過する。膜カートリッジ２９の相互間の流路を通過した被処理液２３ａはチャンバー２６から下端の開口２６ｂを通して下部循環路２８へ流出し、外部循環路２０を流れる被処理液２３ａも下端開口２２ｂを通して下部循環路２８へ合流する。
【００４６】
散気・濾過操作を行うチャンバー２５の曝気空気量は、例えば膜カートリッジ２９の一枚当たりで５Ｌ／ｍｉｎ以上、循環流量は膜カートリッジ２９の一枚当たりで３Ｌ／ｓｅｃ以上であり、この条件を満たすことで、循環流４１が非散気・濾過操作を行うチャンバー２６および外部循環路２０を下降流４２となって流れ、外部循環路２０を流れる被処理液２３ａが下端開口２２ｂを通して下部循環路２８へ流入する。
【００４７】
各チャンバー２５、２６から上昇流４０もしくは下降流４２が流出する際に、ハンチ３９がガイド面３９ａで上昇流４０もしくは下降流４２を案内する。このことで、渦の発生を抑制しつつ上昇流４０もしくは下降流４２の流れが円滑に上部循環路２７および下部循環路２８の流路方向に転向されて循環流４１が形成され、渦による流れエネルギーの損失を最小化できる。つまり、図２に示すように、ハンチ３９が無い場合には、各チャンバー２５、２６から上昇流４０もしくは下降流４２が流出する際に、水面付近および各チャンバー２５、２６の境界付近において渦４３が発生し、渦４３が流れを阻害する。
【００４８】
ところで、上昇流４０に含まれる空気の気泡が循環流４１に連行されて下降流４２にまで達すると、気泡が下降流４２の流れを阻害するので、上部循環路２７には十分なヘッドスペース（水深）が必要である。ヘッドスペースに変えて気泡分離手段（阻流壁）を設けることも可能である。気泡分離手段は越流堰２４ａの側面を傾斜させるなどによって実現できる。
【００４９】
このように、散気・濾過操作を行うチャンバー２５において膜カートリッジ２９の膜面に強い洗浄作用を与える上昇流４０を発生させ、その反作用的に生じる下降流４２で非散気・濾過操作を行うチャンバー２６において膜カートリッジ２９の膜面に洗浄作用を与え、かつ下降流４２の円滑な流れによって上昇流４０の流速が大きくなることで、ブロア３３によって膜面洗浄のために供給する空気総量を抑制することができ、少ない空気総量で全ての膜カートリッジ２９の膜面洗浄を行える。
【００５０】
また、上述したように、吸引ポンプ３０を各チャンバー２５、２６毎に設けるか、もしくは１台の吸引ポンプ３０をそれぞれバルブを介して各チャンバー２５、２６毎の膜カートリッジ２９に接続する構成においては、散気・濾過操作を行うチャンバー２５におけるフラックスと非散気・濾過操作を行うチャンバー２６におけるフラックスとをそれぞれに独立して制御することが可能となる。このため、散気・濾過操作を行うチャンバー２５では上昇流４０による洗浄作用に応じたフラックスとなし、非散気・濾過操作を行うチャンバー２６では下降流４２による洗浄作用に応じたフラックスとなすことができる。
【００５１】
次に、コントローラ３８による制御によって、所定時間経過する毎に双方の電動弁３６、３７が開栓する全散気工程を行う。循環流・濾過工程と全散気工程の各継続時間は、膜面に汚れが強固に付着しない時間とし、この時間は実験等によって求める。
【００５２】
このように、循環流・濾過工程と全散気工程とを切り替えることにより、非散気・濾過操作を行うチャンバー２６の膜カートリッジ２９の膜面上を流れる水流の状態が、固液混相の下降流４２から固気液混相の上昇流４０へ変化する。この膜面上を流れる水流の反転および洗浄作用の強弱の変化によって、弱い洗浄作用の下降流４２のもとで膜面に付着する固形分を強い洗浄作用の上昇流４０で効率良く除去することができる。循環流・濾過工程と全散気工程との切り換えは任意の時に行うことも可能である。
【００５３】
本実施の形態では、ケーシング２２および外部循環路２０で生物学的処理の反応槽を形成しており、被処理液２３ａはケーシング２２の内部を循環する間に微生物によって生物学的処理し、膜カートリッジ２９で濾過した処理水を吸引ポンプ３０を通して外部へ取り出し、ケーシング２２に残る微生物濃度を高く維持する。余剰汚泥は汚泥引抜系４３を通して外部へ取り出す。ケーシング２２の容量（反応時間）および散気管３１、３２から供給する空気量が被処理液２３ａの性状に対して不足する場合には別途に槽体を設ける。
【００５４】
図３は、ケーシング２２とは別体の反応槽５１を設けて反応時間および空気量を確保する構成を示すものである。
ケーシング２２はケーシング開口２２ａが反応槽５１の内部の液面上に位置し、ケーシング開口２２ａの口縁にハンチ３９を形成しており、ケーシング２２の被処理液２３ａがケーシング開口２２ａからハンチ３９を越流して反応槽５１に流入する。すなわち、反応槽５１が先の実施の形態における外部循環路２０を兼ねている。
【００５５】
反応槽５１には循環ポンプ５２および反応槽用散気管５３を設置しており、循環ポンプ５２はケーシング２２の周囲において反応槽５１の内部に滞留する被処理液（槽内混合液）２３ａをケーシング２２の下部循環路２８に供給し、反応槽用ブロア５４が反応槽用散気管５３へ空気（補助曝気）を供給する。
【００５６】
反応槽５１に供給した被処理液２３ａは、反応槽用散気管５３から生物学的処理に必要な空気を供給しつつ、ケーシング２２と反応槽５１とを循環する間に十分な反応時間の下で生物学的処理する。
【００５７】
ケーシング２２における作用は先に述べたものと同様であり、散気管３１から膜面洗浄および生物学的処理に必要な空気（膜曝気）を供給することで、各チャンバー２５、２６を循環する被処理液２３ａの一部がケーシング開口２２ａからハンチ３９を越流して反応槽５１へ流れ、反応槽５１から循環ポンプ５２によって被処理液２３ａがケーシング２２の下部循環路２８に循環する。
【００５８】
よって、上昇流４０が流れるチャンバー２５における流量に対して下降流４２が流れるチャンバー２６における流量が少なくなり、下降流の流速および抵抗が小さくなって下降流が円滑に流れ、散気・濾過操作を行うチャンバー２５における上昇流４０の流れが促進され、先の実施の形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、ヘッドスペースを十分に形成することが可能となる。
【００５９】
本実施の形態では、反応槽５１に循環ポンプ５２を設けたが、図４に示すように反応槽５１をケーシング２２の下端開口２２ｂにおいて連通させ、散気・濾過操作を行うチャンバー２５における上昇流４０を循環動力して利用することも可能である。
【００６０】
ここで、本実施の形態と従来の構成との比較実験の結果を示す。図５は実験に使用した従来の構成を示すものであり、同様の作用を行う部材には同一番号を付して説明を省略し、表１に示す諸元において性能比較を行った結果を図６に示す。
【００６１】
【表１】
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表１および図６に示す事項において、従来は単位水量当たり（ｍ３／ｈ）４０倍の空気量が必要であるが、本形態では３０倍未満となった。また、従来に比べて本形態では膜カートリッジ２９において所定のフラックス（流束）を維持するに必要な膜間差圧の経時的な変化は少なく、膜間差圧がほぼ実質的に一定の安定した運転を行える。
【００６２】
次に、図７に示すように、容積規模が大きくなる場合には、ケーシング２２の内部に形成するチャンバー６１ａ、６１ｂ、６１ｃの数量を増加させ、各チャンバー６１ａ、６１ｂ、６１ｃ毎に散気管６２ａ、６２ｂ、６２ｃを配置し、散気管６２ａ、６２ｂ、６２ｃ毎に電動弁６３ａ、６３ｂ、６３ｃを設けることも可能である。各チャンバー６１ａ、６１ｂ、６１ｃは両側の対向するハンチ３９の間に列状に配置する。ケーシング２２は十分な面積をもつ開口部等の返送系６４を通して反応槽５１に連通している。
【００６３】
各チャンバー６１ａ、６１ｂ、６１ｃはケーシング２２の内部に開放した上端の開口６５ａ、６５ｂ、６５ｃおよび下端の開口６６ａ、６６ｂ、６６ｃを有し、上端の開口６５ａ、６５ｂ、６５ｃの上方には十分なヘッドスペース（水深）を設けている。
【００６４】
上記した構成により、散気・濾過操作を行うチャンバー６１ｂにおいて散気管６２ｂから噴出する空気によって生じる上昇流４０はチャンバー６１ｂに充填した膜カートリッジ２９の相互間の流路を通過し、上部循環路２７を通って非散気・濾過操作を行う各チャンバー６１ａ、６１ｃに流入し、各チャンバー６１ａ、６１ｃに充填した膜カートリッジ２９の相互間の流路を下降流４２で通過し、下部循環路２８を通って循環する。
【００６５】
ケーシング２２の内部を循環する被処理液２３ａの一部は返送系６４を通して反応槽５１に流入し、反応槽５１の被処理液２３ａは循環ポンプ５２によってケーシング２２の下部循環路２８に循環し、ケーシング２２および反応槽５１を循環する間に生物学的処理される。
【００６６】
よって、上昇流４０が流れるチャンバー６１ｂにおける流量に比して下降流４２が流れるチャンバー６１ａ、６１ｃにおける流量が少なくなり、下降流４２の流速および抵抗が小さくなって下降流が円滑に流れ、散気・濾過操作を行うチャンバー６１ｂにおける上昇流４０の流れが促進され、先の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６７】
各電動弁６３ａ、６３ｂ、６３ｃを全て開栓して各チャンバー６１ａ、６１ｂ、６１ｃにおいて全散気工程を間欠的に行う。
上述した実施の形態では、ケーシング２２および反応槽５１によって循環路を形成したが、図８に示すように、ケーシング２２の内部に３つのチャンバー６１ａ、６１ｂ、６１ｃを配置する場合には、反応槽５１を設ける必要は必ずしもない。
【００６８】
この構成においては、散気・濾過操作を行うチャンバー６１ｂにおいて散気管６２ｂから噴出する空気によって生じる上昇流４０はチャンバー６１ｂに充填した膜カートリッジ２９の相互間の流路を通過し、上部循環路２７を通って非散気・濾過操作を行う各チャンバー６１ａ、６１ｃに流入し、各チャンバー６１ａ、６１ｃに充填した膜カートリッジ２９の相互間の流路を下降流４２で通過し、下部循環路２８を通って循環する。
【００６９】
この際、上昇流４０が流れるチャンバー６１ｂが１つで下降流４２が流れるチャンバー６１ａ、６１ｃが２つとなることで、上昇流４０が流れるチャンバー６１ｂにおける流量に比して下降流４２が流れるチャンバー６１ａ、６１ｃにおける流量が少なくなり、下降流４２の流速および抵抗が小さくなって下降流が円滑に流れ、散気・濾過操作を行うチャンバー６１ｂにおける上昇流４０の流れが促進され、先の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態における固液分離装置を示す断面図
【図２】ハンチを設けない場合の渦の発生を説明する模式図
【図３】本発明の他の実施の形態における固液分離装置を示す断面図
【図４】本発明の他の実施の形態における固液分離装置を示す断面図
【図５】従来の固液分離装置の使用形態を示す断面図
【図６】本発明の効果を示すグラフ図
【図７】本発明の他の実施の形態における固液分離装置を示す断面図
【図８】本発明の他の実施の形態における固液分離装置を示す断面図
【図９】従来の固液分離装置を示す断面図
【図１０】膜カートリッジ間を上昇流が流れる状態を示す模式図
【図１１】中空糸膜を使用した固液分離装置を示す断面図
【符号の説明】
【００７１】
２０    外部循環路
２１    固液分離装置
２２    ケーシング
２２ａ  ケーシング開口
２２ｂ  下端開口
２３    被処理液供給系
２３ａ  被処理液
２４    仕切板
２４ａ  越流堰
２４ｂ  潜流堰
２５、２６  チャンバー
２５ａ、２６ａ  上端の開口
２５ｂ、２６ｂ  下端の開口
２７    上部循環路
２８    下部循環路
２９    膜カートリッジ
３０    吸引ポンプ
３１、３２  散気管
３３    ブロア
３４、３５  空気供給系
３６、３７  電動弁
３８    コントローラ
３９    ハンチ
３９ａ  ガイド面（傾斜面）
４０    上昇流
４１    循環流
４２    下降流
４３    汚泥引抜系
５１    反応槽
５２    循環ポンプ
５３    反応槽用散気管
５４    反応槽用ブロア
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ  チャンバー
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ  散気管
６３ａ、６３ｂ、６３ｃ  電動弁
６４    返送系
６５ａ、６５ｂ、６５ｃ  上端の開口
６６ａ、６６ｂ、６６ｃ  下端の開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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